Двигатель постоянного тока может быть сконструирован различными способами, и каждая конструкция имеет определенные эксплуатационные характеристики, особенно в отношении скорости и крутящего момента. Ротор в основном одинаков во всех двигателях постоянного тока и состоит из обмоток, которые генерируют электромагнитное поле, когда через них проходит ток. Но статор может быть изготовлен либо из постоянных магнитов (для двигателя постоянного тока с постоянными магнитами), либо из обмоток катушки (для двигателя постоянного тока с намоткой).Хотя двигатели постоянного тока с постоянными магнитами относительно просты в конструкции и стоят дешевле, чем двигатели с намотанными статорами, их выходной крутящий момент ограничен, и магниты имеют тенденцию со временем разрушаться. Вот почему двигатели постоянного тока с намотанными статорами чаще используются в промышленности.

Существует три подтипа обмотанных двигателей постоянного тока, определяемых тем, как соединены обмотки ротора и статора — параллельная обмотка (также известная как шунтирующая обмотка), последовательная обмотка и составная обмотка (комбинация шунтирующей и последовательной конструкций).

В двигателе постоянного тока с шунтирующей обмоткой обмотки якоря (ротора) и возбуждения (статора) соединены параллельно. Таким образом, ток двигателя разделяется на две части — ток через якорь и ток через поле: I_весь = Я_a + Я_f. Возбуждающие (шунтирующие) обмотки изготовлены из проволоки небольшого диаметра и имеют много витков. Это означает, что обмотки имеют высокое сопротивление, а ток, который может быть потреблен при запуске, относительно невелик.

В электрической терминологии параллельная цепь называется шунтом. Поэтому двигатели постоянного тока, в которых якорь и обмотки возбуждения соединены параллельно, называются Шунтирующие двигатели постоянного тока.

Любой двигатель постоянного тока будет испытывать снижение скорости при приложении нагрузки, что приводит к уменьшению обратной ЭДС. Уменьшение обратной ЭДС увеличивает напряжение сети, поскольку напряжение питания остается постоянным.

E_сеть= E-E_b

Где:

E_сеть = напряжение сети

E = напряжение питания

E_b = напряжение обратной ЭДС

Увеличение сетевого напряжения приводит к увеличению тока якоря, что увеличивает крутящий момент двигателя. Этот дополнительный крутящий момент двигателя увеличивает скорость настолько, чтобы компенсировать замедление, возникшее из-за нагрузки. Однако в двигателе с шунтирующей обмоткой крутящий момент ограничен величиной тока, который может выдержать якорь. По этой причине двигатели постоянного тока с шунтирующей обмоткой используются в тех случаях, когда требуемый пусковой момент невелик, но важно хорошее регулирование скорости.

В двигателе постоянного тока с последовательной обмоткой якорь и обмотки возбуждения соединены последовательно, и ток через них равен: I_весь = Я_a = Я_f. Обмотки возбуждения имеют больший диаметр и меньшее количество витков, чем в шунтирующем двигателе постоянного тока, поэтому сопротивление обмоток ниже. Это позволяет серийному двигателю потреблять большое количество тока и создавать высокий крутящий момент.

Подобно шунтирующему двигателю, при приложении нагрузки к двигателю серии постоянного тока частота вращения двигателя уменьшается, что уменьшает обратную ЭДС и увеличивает напряжение сети. Однако в двигателе с последовательной обмоткой повышенное напряжение приводит к увеличению как тока якоря, так и тока возбуждения. Это позволяет двигателю серии выдавать очень высокую мощность при запуске в течение короткого промежутка времени. (Работа двигателя при высоком крутящем моменте, то есть при большом токе, более нескольких минут может привести к повреждению катушек.)

Кроме того, ток последовательного двигателя в конечном итоге достигает точки, когда он вызывает насыщение магнитного поля, и двигатель становится неспособным вернуть скорость к предварительно загруженному значению. Таким образом, двигатели с серийным заводом используются для применений, требующих высокого пускового момента в течение короткого промежутка времени, без необходимости регулирования скорости.

Как следует из названия, двигатель постоянного тока с составной обмоткой представляет собой комбинацию серийных и шунтирующих конструкций с рабочими характеристиками обоих типов. Составной двигатель имеет как шунтирующую обмотку с проводами меньшего диаметра и большим количеством витков, так и последовательную обмотку с проводами большего диаметра и меньшим количеством витков.

Обмотки могут быть либо кумулятивными (последовательные обмотки помогают шунтирующим обмоткам), либо дифференциальными (последовательные обмотки работают против шунтирующих обмоток). Составные конструкции имеют пусковой момент, который выше, чем конструкции с шунтирующей обмоткой, но ниже, чем двигатели постоянного тока с серийной обмоткой.

Особым недостатком двигателей с серийным заводом является то, что при работе без нагрузки они могут перейти в режим разгона (неограниченное увеличение скорости до такой степени, что двигатель начинает буквально разваливаться на части). Шунтирующая обмотка в кумулятивном составном двигателе исключает эту возможность, не позволяя двигателю набирать неограниченную скорость при снятии нагрузки. В то время как дифференциальные составные двигатели обеспечивают хорошее регулирование скорости, они имеют мало практических применений, поскольку характеристика обмоток, работающих друг против друга, обычно нежелательна.